物理人教版高中必修一（2019年新编）-4-2《实验：探究加速度与力、质量的关系》（课件）

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系高中物理

/人教版（2019）/必修一/第四章学习目标01040203会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系学会用控制变量法研究物理规律会测量加速度、力和质量，能做出物体运动的a­F、a­

图像理解砝码盘质量m与小车质量M关系：m<<M23新知探究采用控制变量法，在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系实验思路控制小车的质量M不变分析加速度a与力F的关系控制砝码和小盘的质量不变即力F不变，改变小车的质量M分析加速度a与M的关系4新知探究打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、重物、夹子、细绳、交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺实验器材5新知探究实验步骤（1）测质量：用天平测量小盘的质量m和小车的质量M（2）安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)6新知探究实验步骤（3）平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)7新知探究实验步骤（4）测a、F

把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂小盘和砝码的总重力m1g

保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质量，重复步骤(1)，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的总重力m2g，m3g，…①②8新知探究实验步骤（5）测a、M保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1.继续在小车上增加砝码，重复步骤1，多做几次实验，在每次实验得到的纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M2，M3，…①②9新知探究实验步骤6．用公式Δx＝aT2或求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据验证。10新知探究数据处理把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中物理量123456作用力F

加速度a

以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a－F图象，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系11新知探究数据处理把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度大小填在表中物理量123456质量M

加速度a

12新知探究数据处理以a为纵坐标，分别以M和为横坐标，根据数据作a－M图象和a－图象，分析a与M的关系13新知探究(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比实验结论14新知探究系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和砝码的总质量越接近于小车的质量，误差越大。因此，要求小盘和砝码的总质量远小于小车的质量是为了减小因实验原理不完善而引起的误差偶然误差：摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差误差分析15新知探究注意事项（1）平衡摩擦力时不要挂重物。整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力（2）实验中必须使小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量16新知探究注意事项（3）改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再放开小车，且应在小车到达滑轮前按住小车（4）作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧17新知探究注意事项平衡摩擦力时，设木板与水平方向夹角为

，根据受力分析，有关系：

，所以当小车质量变化时，不需要再次平衡摩擦力α18新知探究注意事项小车和砝码盘的受力情况如图所示，F为绳的张力对小车有：F=Ma;对砝码盘有：mg-F=ma;解得：可见当m<<M时，F≈mg1.在利用打点计时器探究加速度与力、质量关系的实验中，以下做法正确的是：（）A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力C．实验时，先放开小车，后接通电源D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响课堂练习19课堂练习20【答案】B【解析】平衡摩擦力时，不把悬挂重物用细绳通过定滑轮系在小车上，即不对小车施加拉力。在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止。设木板的倾角为θ，则平衡摩擦力后有，即，θ与小车的质量无关，故每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力。实验时，应先接通电源，待打点计时器工作稳定后再放开小车。实验要求重物的质量远小于小车的质量，因为只有这样，重物的重力才近似等于细绳对小车的拉力。2.在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中，有两位同学通过测量，分别作出a一F图象，如图（a）（b）中的A、B线所示；试分析：

(1)A线不通过坐标原点的原因是

；

(2)B线不通过坐标原点的原因是

。课堂练习21课堂练习22【答案】(1)A线在F轴上有一定的截距，表明F达到一定的值后小车才开始有加速度，这是没有平衡摩擦力，或平衡摩擦力不够引起的。(2)B线在a轴上有一定的截距，表明F为0，即不加F时小车已经有了一定的加速度，这是平衡摩擦力时木板倾角θ太大，即平衡摩擦力过度引起的。3.在“探究加速度与力、质量关系”的实验中，某小组在实验室组装了如图甲所示的装置。小车及其上所放砝码总质量为M，砂和小桶总质量为m。要完成该实验，请回答下列问题：课堂练习23（1）关于该实验以下说法正确的是__________A．安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木板平行B．平衡摩擦力时，撤去砂桶，轻推小车，接通打点计时器的电源，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动C．实验过程中，向砂桶内加砂时，必须保证砂和砂桶的总质量m远小于小车与砝码的总质量MD．改变小车总质量时，必须要重新进行平衡摩擦操作课堂练习24AC课堂练习25【答案】AC【详解】（1）[1]A．为使小车受到的拉力恒定，安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木板平行，故A正确；B．为充分利用质点，实验时应先接通打点计时器的电源，再轻推小车，故B错误；C．为使砂和砂桶的重力能够替代小车受到的合外力，应保证砂和砂桶的总质量m远小于小车与砝码的总质量M，故C正确；D．改变小车总质量时，阻力和重力的下滑分力仍然平衡，不需要重新进行平衡摩擦操作，故D错误。（2）图乙是按照规范操作的某次实验得到的一条纸带，已知打点计时器的工作频率为50Hz，则打下点C时滑块的瞬时速度VC=___________m/s；滑块的加速度a=___________m/s2。（结果均保留2位有效数字）课堂练习260.710.72课堂练习27（2）[2]频率为50Hz